JPH084601A - ディーゼル機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼル機関において、吸気絞り弁を機械
的に且つ機関負荷に対して非線形に駆動し、軽負荷域の
ＥＧＲ率を変動させずに安価で高信頼性、高精度にＥＧ
Ｒ量を確保する。 【構成】 吸気通路14に吸気絞り弁15があり、排気還流
管７の途中には全開／全閉制御されるＥＧＲ制御弁８が
あるディーゼル機関の排気還流装置において、機械的な
カム25を使用して吸気絞り弁15を駆動するようにし、デ
ィーゼル機関が所定負荷になるまでは吸気絞り弁15を所
定開度に開弁維持し、機関が所定負荷以上になった時に
は、負荷の増大に対して徐々に吸気絞り弁15をカム25の
カム面の形状に応じて開くように構成する。また、吸気
絞り弁15には EGRカット時に機関の負荷とは無関係に吸
気絞り弁15を開弁制御するアクチュエータ26を設けてお
く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関の排気還
流装置に関し、特に、吸気通路に吸気絞り弁が設けられ
たディーゼル機関の排気還流装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中のＮＯｘを低減するために、
排気ガス再循環（以下ＥＧＲという）通路を介して排気
通路を流れる排気ガスを吸気通路内に還流するようにし
たＥＧＲ装置は公知である。このようなＥＧＲ装置で
は、通常、ＥＧＲ管内にＥＧＲ制御弁を設け、ＥＧＲ制
御弁の開度によって吸気通路内に供給すべきＥＧＲガス
量を制御するようにしている。このようなＥＧＲ装置
は、ガソリン機関はもとより、ディーゼル機関において
も採用されている。

【０００３】ところで、ディーゼル機関においてＮＯｘ
を低減するためにＥＧＲを行う場合は、機関の低負荷域
では機関の空燃比がリーンで運転されるために、ＥＧＲ
量は増やしたい。即ち、機関が軽負荷状態の時に排出さ
れる排気ガスには、たくさんの酸素が含まれているた
め、大量にＥＧＲを行わないと、その効果が少なく、ま
た、大量にＥＧＲしてもスモークが発生しにくい。

【０００４】一方、ディーゼル機関の高負荷域では排気
ガス中の酸素量は少なく、少量のＥＧＲを行ってもＮＯ
ｘの低減に効果がある。そして、機関の高負荷域では大
量のＥＧＲを行うとスモークが発生し易くなるので、高
負荷域におけるＥＧＲ量は少量に抑えることが望まし
い。このようなＥＧＲの制御を、吸気通路に吸気絞り弁
が設けられたディーゼル機関で行おうとするものが特開
昭５５−１７６５９号公報に開示されている。この公報
に提案の装置では、吸気絞り弁で発生する負圧を負圧ア
クチュエータに導き、負圧が大きい機関の軽負荷時にＥ
ＧＲ制御弁の開度を大きくするようにしている。

【０００５】ところが、この公報の装置では、吸気絞り
弁で発生する負圧でＥＧＲ制御弁の開度を制御するた
め、自由度が小さく、要求に応じたＥＧＲ量を供給しに
くいという問題点がある。そこで近年、吸気絞り弁の開
度と、ＥＧＲ管の途中に設けたＥＧＲ制御弁の開度とを
独立に制御し、要求されるＥＧＲ量を精度良く供給可能
にしたシステムが提案されている。そして、このような
システムの中には、所定負荷になるまで、吸気絞り弁を
全閉状態に維持するものもある（特開昭５５−１０９７
５４号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
特開昭５５−１０９７５４号公報に記載の装置では、軽
負荷域においてもＥＧＲを実施し、ＮＯｘを低減する必
要があるため、吸気絞り弁を全閉状態のままＥＧＲ制御
弁を開弁制御しなければならず、この場合、吸気絞り弁
の開度の変動によってＥＧＲ率の変動が大きくなる恐れ
があった。

【０００７】そこで本発明は、ＥＧＲ制御弁は全開／全
閉制御とし、吸気絞り弁は機械的に、かつ、機関の負荷
に対して非線形に開く特性で駆動することにより、軽負
荷域におけるＥＧＲ率の変動が小さいディーゼル機関の
排気還流装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、吸気通路に吸気絞り弁が設けられたディーゼル機
関において、排気通路を流れる排気ガスの一部を前記吸
気通路に還流する排気還流通路が設けられたディーゼル
機関の排気還流装置であって、ディーゼル機関が所定負
荷になるまでは、前記吸気絞り弁を所定開度に開弁維持
し、所定負荷以上の時には、負荷の増大に対して徐々に
前記吸気絞り弁を開くように動作する吸気絞り弁の開度
調整手段と、前記排気還流通路の途中に設けたＥＧＲ制
御弁と、このＥＧＲ制御弁を開閉する開閉手段とを備え
ることを特徴としている。

【０００９】なお、前記吸気絞り弁の開度調整手段は、
アクセルペダルの踏込み量に応じて吸気絞り弁の開度を
調整する第１の開度調整手段と、前記ＥＧＲ制御弁が全
閉される場合には、前記アクセルペダルの踏込み量とは
無関係に前記吸気絞り弁を開弁制御する第２の開度開度
調整手段とから構成することが望ましい。

【００１０】

【作用】本発明の内燃機関の排気還流装置によれば、吸
気絞り弁の開度調整手段によって、ディーゼル機関が所
定負荷になるまでは吸気絞り弁を所定開度に開弁維持さ
れ、所定負荷以上になった時には、負荷の増大に対して
徐々に吸気絞り弁が開かれる。そして、排気還流通路の
途中には設けたＥＧＲ制御弁が設けられており、このＥ
ＧＲ制御弁は開閉手段によって開閉される。そして、吸
気絞り弁の開度調整手段は、アクセルペダルの踏込み量
に応じて吸気絞り弁の開度を調整する第１の開度調整手
段と、ＥＧＲ制御弁が全閉される場合には、アクセルペ
ダルの踏込み量とは無関係に前記吸気絞り弁を開弁制御
する第２の開度開度調整手段とから構成しても良い。

【００１１】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の排気ブレーキ付ディーゼル
機関の排気還流装置の一実施例の構成を示す全体構成図
である。図１において、１は４気筒ディーゼル機関、２
は吸気マニホルド、３は排気マニホルド、４は排気管、
５は排気管４の途中に設けられた排気制御弁５１を備え
た排気ブレーキ装置、６はマフラ、７は排気マニホルド
３から排気ガスを吸気マニホルド２に導く排気還流管
（ＥＧＲ管）、８はＥＧＲ制御弁、９はバキュームポン
プ、１０は制御回路（ＥＣＵ：エンジン・コントロール
・ユニット）、１１，１２，２２は負圧導入管１３の途
中に設けられ、制御回路１０によって開閉制御される制
御弁、１４は吸気マニホルド２に接続する吸気管、１５
は吸気管１４内に設けられた吸気絞り弁（吸気制御
弁）、２３はアクセルペダル、２５はアクセルペダル２
３にアクセルワイヤ２４で接続され、吸気絞り弁１５を
駆動するカム、２６は独立に吸気絞り弁１５を制御可能
なアクチュエータである。

【００１２】ＥＧＲ制御弁８は制御回路１０からの信号
により開閉制御される。即ち、制御回路１０によって制
御弁１２が開弁されると、バキュームポンプ９からの負
圧が負圧導入管１３を通じてＥＧＲ制御弁８に導かれて
開弁する。ＥＧＲ制御弁８が開弁して、排気マニホルド
３からＥＧＲ管７を通じて排気ガスが吸気マニホルド２
に還流されると、排気ガス中のＮＯｘが低減される。

【００１３】排気ブレーキ装置５は車両の減速状態を制
御回路１０が検出した時に閉弁制御される。即ち、車両
の減速状態が制御回路１０によって検出されると、制御
回路１０によって制御弁１１が開弁され、バキュームポ
ンプ９からの負圧が排気ブレーキ装置５に導かれるの
で、排気制御弁５１が閉じられる。排気制御弁５１が閉
じられると排気ガスが排気管４とＥＧＲ管７内に閉じ込
められ、背圧が増大するのでピストンのポンピングフリ
クションが増加してブレーキの役目を果たす。

【００１４】吸気絞り弁１５は、この実施例ではその回
転軸１５０の端部に設けられたアーム１５１がカム２５
に押されることによって開弁制御される。また、このカ
ム２５はアクセルワイヤ２４を介してアクセルペダル２
３に接続されており、アクセルペダル２３が踏み込まれ
るとアクセルワイヤ２４に引っ張られて回転する。カム
２５は最初はアーム１５１に接触していないが、所定開
度回転すると吸気絞り面１５のアーム１５１に接触し、
その後の回転によってこのアーム１５１がカム２５に押
されて回転して吸気絞り弁１５の開度が増大する。アク
セルペダル２３の踏込み量と、吸気絞り弁１５の開度特
性は、このカム２５がアーム１５１を押すカム面の形状
に左右される。

【００１５】アクチュエータ２６は、カム２５の動作に
関係なく、強制的に吸気絞り弁１５を所定の開度まで開
弁させるものである。即ち、アクチュエータ２６は、制
御回路１０が制御弁２２を開弁させ、バキュームポンプ
９からの負圧が負圧導入管１３を介してアクチュエータ
２６に導かれると、吸気絞り弁１５を強制的に開弁させ
る。

【００１６】なお、図示はしていないが、カム２５の回
転軸２５０には、アクセル開度センサが取り付けられて
いる。図２(a) は図１の排気ブレーキ付内燃機関のＥＧ
Ｒ制御弁８および内燃機関１に設けられた排気弁３０の
構成の詳細を示す断面図を含む構成説明図である。図２
(a) では、図１と同じ構成部材には同じ符号を付してあ
る。

【００１７】ディーゼル機関１の吸気マニホルド２に接
続する部分には吸気ポート１６があり、この吸気ポート
は吸気弁２０を介して燃焼室１７に接続されている。燃
焼室１７の中にはピストン１８があり、燃焼室１７で燃
焼した排気ガスは排気弁３０を介して排気ポート１９か
ら排気マニホルド３に排出される。排気弁３０は、排気
ポート１９を開閉する弁体３１、この弁体３１を排気ポ
ート１９を閉じる側に付勢するスプリング３２、および
弁体３１をスプリング３２に抗して開弁させる排気用カ
ム３３を備えている。

【００１８】また、ＥＧＲ制御弁８は弁部８Ａと弁駆動
部８Ｂに別れており、弁部８Ａのハウジング８０内に
は、ＥＧＲ管７を開閉する弁体８１、および弁体８１に
取り付けられた弁軸８２がある。また、弁駆動部８Ｂは
そのハウジング８８がダイヤフラム８３によって大気圧
室８８Ａと負圧室８８Ｂに仕切られており、負圧室８８
Ｂ内にスプリング８４がある。弁軸８２の端部は大気圧
室８８Ａ側でダイヤフラム８３に接続されており、スプ
リング８４により弁体８１がＥＧＲ管７を閉じる方向に
ダイヤフラム８３が付勢されている。

【００１９】そして、図１に示した制御弁１２が開弁さ
れ、負圧導入管１３を通じてバキュームポンプ９による
負圧がこの負圧室８８Ｂ内に導入されると、ダイヤフラ
ム８３がスプリング８４の付勢力に抗して負圧室８８Ｂ
側に移動するので、弁体８１が開弁して排気ガスがＥＧ
Ｒ管７を通じて吸気マニホルド２に還流される。なお、
排気ブレーキ装置５の排気制御弁５１が閉じると、排気
管４およびＥＧＲ管７内の背圧は、図３(a) に実線Ｂで
示すように脈動しながら上昇し、一定の圧力に安定す
る。この脈動が発生するのは、排気管４内に閉じ込めら
れた排気ガスが排気行程で排気弁３０の弁体３１が開い
た時にシリンダ内に逆流して圧力が低下し、次に排気行
程が進んでピストン１８が上昇すると圧縮され、圧力が
上昇するためである。

【００２０】また、時間の経過により、圧力の全体的な
上昇が止まるのは、背圧が排気弁３０のスプリング３２
の開弁設定圧になると、吸気行程の気筒にある排気弁３
０の弁体３１が背圧により押し下げられ、排気ガスが吸
気行程中の燃焼室１７へ逃げるためである。この状態で
スプリング３２を強くして排気弁３０の開弁設定圧力を
高めると、この背圧が安定する圧力が図３(a) に実線Ａ
で示すように高くなる。そして、排気弁３０のスプリン
グ３２を更に強くすると、背圧は一点鎖線Ｃで示すよう
に高く上昇する。

【００２１】一方、ＥＧＲ制御弁８のスプリング８４の
開弁設定圧が排気弁３０のスプリング３２の開弁設定圧
よりも低いと、排気制御弁５１が排気管４を閉じて背圧
が上昇した時に、排気弁３０よりもＥＧＲ制御弁８が先
に開き、背圧を低くして排気ブレーキの制動性能を悪化
させる。そこで、この実施例では、図２(b) に示すよう
に、排気弁３０の背圧による開弁設定圧力が、排気ブレ
ーキ力が確保可能な背圧下限値よりも大きくしてあり、
ＥＧＲ制御弁８の背圧による開弁設定圧力は、排気弁の
開弁設定圧力よりも大きくしてある。このように、排気
弁３０の設定開弁圧を、排気ブレーキ装置５のブレーキ
性能を確保できる値に設定した状態で、ＥＧＲ制御弁８
のスプリング８４の開弁設定圧を、排気弁３０のスプリ
ング３２の開弁設定圧と同等以上に高く設定することに
より、ＥＧＲ制御弁８による排気ブレーキ性能の悪化が
防止される。

【００２２】以下に、排気弁３０のスプリング３２の開
弁設定圧力と、ＥＧＲ制御弁８のスプリング８４の開弁
設定圧の計算例を示す。但し、Ｄexを排気弁３０の弁体
３１を開弁する方向に背圧が加わる面積、Ｐexを排気ブ
レーキの作動時に必要な背圧（車両で異なる）、Ｄegr
をＥＧＲ制御弁８の弁体８１を開弁する方向に背圧が加
わる面積とする。

【００２３】排気弁３０のスプリング３２の開弁設定圧
力をＦexとすると、 Ｆex＝〔π×（Ｄex)²×Ｐex〕×１／４ … ＥＧＲ制御弁８のスプリング８４の開弁設定圧力をＦeg
r とすると、 Ｆegr ≧〔π×（Ｄegr)² ×Ｐex〕×１／４ … この式と式より、以下の式が成り立つ。

【００２４】 （Ｆegr ／Ｆex）≧（Ｄegr ／Ｄex)² … 式を変形して、 Ｆegr ≧Ｆer×（Ｄegr ／Ｄex)² … よって、式で求められる力が達成できるようにＥＧＲ
制御弁８のスプリング８４の開弁設定圧力Ｆegr を定め
れば良い。

【００２５】このようにすれば、排気ブレーキ装置５が
作動した時に、排気弁３０がＥＧＲ制御弁８よりも先に
開弁するので、排気ブレーキ力が確保可能に背圧を制御
できる。そして、もともとディーゼル機関に存在する排
気弁３０の開弁設定圧力を工夫することで、ＥＧＲ制御
弁８の開弁力増大のための強力な駆動源や、負圧の切り
換え装置等が不要になる。

【００２６】次に、図１のように構成された吸気絞り弁
１５の動作について図３(b) および図４(a) 〜(d) を用
いて説明する。アクセルペダル２３とカム２５とはアク
セルワイヤ２４を介して接続されており、アクセルペダ
ル２３が踏み込まれるとカム２５が回転軸２５０を中心
にして回転するようになっている。カム２５と吸気絞り
弁１５の回転軸１５０の端部に設けられたアーム１５１
とは、図４(a) に示すように、アクセルペダル２３が踏
み込まれていないアイドル状態では接触していない。こ
のアイドル状態では吸気絞り弁２５は開弁せず、全閉で
はない比較的小さな所定開度状態にある。このアイドル
状態が図３(b) の特性図におけるａ点に対応している。

【００２７】このアイドル状態からアクセルペダル２３
が次第に踏み込まれて行っても、アクセルペダル２３の
踏込量が所定値に達するまでは、カム２５はアーム１５
１に接触せず、吸気絞り弁２５の全閉ではない比較的小
さな所定開度状態が保たれる。即ち、図３(b) に示すよ
うに、アクセル開度がａ点からｂ点に至るまでの軽負荷
状態では、吸気絞り弁２５は初期状態が保たれる。

【００２８】図４(b) は、アクセルペダル２３が更に踏
み込まれて、カム２５の外周面が吸気絞り弁１５のアー
ム１５１に接触した状態を示している。カム２５の外周
面が吸気絞り弁１５のアーム１５１に接触した状態が図
３(b) の特性図におけるｂ点に対応している。このよう
に、カム２５と吸気絞り弁１５のアーム１５１が接触し
た後は、アクセルペダル２３の踏込み量に応じてアーム
１５１がカム２５に押されて回転することになる。

【００２９】図３(b) に示す特性図におけるｂ点からア
クセルペダル２３が更に踏み込まれると、吸気絞り弁１
５の開度は、カム２５の外周面の形状に対応した非線形
な特性で大きくなる。図３(b) に示す特性図におけるｃ
点は機関の中負荷状態を示しており、この状態の時のア
クセルペダル２３、カム２５、および吸気絞り弁１５の
状態が図４(c) に示される。この後、更にアクセルペダ
ル２３が踏み込まれると、吸気絞り弁１５の開度は更に
大きくなる。図３(b) に示す特性図におけるｄ点は機関
の高負荷状態を示しており、この状態の時のアクセルペ
ダル２３、カム２５、および吸気絞り弁１５の状態が図
４(d) に示される。

【００３０】一方、ＥＧＲ率、ここではＧａを吸入空気
量、ＧｅをＥＧＲガス流量として、Ｇｅ／（Ｇａ＋Ｇ
ｅ）で表されるものは、図５(a) に示すように、ＥＧＲ
制御弁のサイズ（直径）を決めると、ＥＧＲ制御弁が全
閉／全開制御の場合、吸気絞り弁の開度に一義的に対応
する。このＥＧＲ率の基本式は、本発明者の検討によれ
ば、無過給機関の場合、ほぼ下式で示される。ただし、
ＡegをＥＧＲ制御弁の有効面積（ｃｍ² ）、Ａexを排気
管の有効面積（ｃｍ² ）、Ａthを吸気絞り弁の有効面積
（ｃｍ² ）、γg を排気ガス密度、γo を空気密度であ
る。 ＥＧＲ率＝１／｛1+［1/〔√(Aeg／Aex)²+(Aeg／Ath)² × (γg/γo)〕］｝… （但し、√は√(Aeg／Aex)²+(Aeg／Ath)² × (γg/γo)
の平方根を表す） 即ち、式によれば、ＥＧＲ率はＥＧＲの通路面積Ａe
g、排気管の通路面積Ａex、吸気絞り弁の通路面積Ａth
と、排気ガス密度γg 、および空気密度γo のみの関数
となる。ここで、大気の空気密度γo は定数であり、ま
た、排気管の通路面積Ａexも定数であると見なせる。更
に、ＥＧＲ制御弁の通路面積Ａegも、ＥＧＲ制御弁を全
開制御する場合は開弁位置が固定されるので定数と見な
せる。

【００３１】一方、排気ガス密度γg は、ディーゼル機
関の運転条件によって変化するが、これは空気量の関数
であり、空気量を制御している吸気絞り弁の面積Ａthの
関数となっている。従って、式で表されるＥＧＲ率
は、結局、ＥＧＲ制御弁を全閉／全開制御した場合は、
吸気絞り弁の面積Ａthの関数、即ち、吸気絞り弁の開度
のみの関数となる。このことから、式の√の右側にあ
る各項の数字が小さくなるとＥＧＲ率は小さくなる、即
ち、吸気絞り弁の開度が大きくなるとＥＧＲ率は小さく
なり、一定値になっていくことが分かる。よって、ＥＧ
Ｒ率は吸気絞り弁の開度に対して、図５(a) に示すよう
になる。

【００３２】ところで、ディーゼル機関においては、図
５(b) に示すように、アクセル開度に対して、燃料噴射
量は比例的に噴射されるのが一般的である。そこで、ア
クセル開度に対して所定のＥＧＲ率が得られる吸気絞り
弁の開度特性を与えれば、図５(c) に示すような、燃料
流量と機関回転数に対して所定のＥＧＲ量が供給可能と
なる。一方、ＥＧＲを実行した時のスモークの発生限界
は、燃料流量に支配的に依存している。即ち、燃料流量
が多いと、少ないＥＧＲでスモークが発生し易い。

【００３３】従って、燃料流量に対して精度良くＥＧＲ
を供給することが必要であるが、この実施例では、例え
ば、図３(b) において説明したように、アクセル開度に
対して吸気絞り弁の開度をａ−ｂ−ｃ−ｄのように変化
させることにより、図５(c)に実線で示す機関の運転条
件に対して安定し、しかも、かなり任意に、また、燃料
流量が多い側程、ＥＧＲ率を低下させる制御が可能とな
る。

【００３４】以上のようなシステムを用いれば、ＥＧＲ
制御弁は動作時に全開させるだけで良く、精度の良い流
量を確保することができる。また、図１の吸気絞り弁１
５を開弁するカム２５のプロフィールも機械的にその精
度が決まり、制御の応答性が悪化する問題は生じない。
また、ＥＧＲ制御弁８に、図２で説明したような負圧で
動作するものを使用した場合、負圧室８８Ｂに負圧を導
入して弁体８１を開弁させたときの、負圧室８８Ｂの負
圧の大きさと、弁体８１のリフト量の関係は図５(d) に
示すようになる。図５(d) から分かるように、負圧を導
入してＥＧＲ制御弁８を開弁させる場合の特性が符号ｅ
で示され、閉弁させる場合の特性が符号ｆで示される。
このように、ＥＧＲ制御弁８の開閉特性は、負圧の大き
さに対してヒステリシス特性がある。しかしながら、図
５(d) に符号ｇで示すＥＧＲ制御弁８の全開位置におけ
る弁体８１のリフト量は常に安定的に一定である。従っ
て、ＥＧＲ制御弁８は、この実施例のように全開で使用
する方が精度が良く、安定した流量が確保できる。これ
に対して、ＥＧＲ制御弁８圧力フィードバック制御等で
ＥＧＲ制御弁８の弁体８１を中間リフト位置で使用する
場合は、弁体８１のリフト位置をセンサで検出して制御
しない限り精度の良い制御が出来ないため、高価なリフ
トセンサが必要となってくる。

【００３５】次に、図１に示したアクチュエータ２６
を、カム２５の動作に関係なく強制的に吸気絞り弁１５
を所定の開度まで開弁させる理由について説明する。図
６(a) は、吸気絞り弁があるディーゼル機関における、
機関回転数に対する吸気管負圧特性を示すものであり、
符号ｈで示すラインはＥＧＲが実行されない場合の本発
明の吸気管負圧特性、符号ｉで示すラインはＥＧＲが実
行されない場合の従来の吸気管負圧特性、符号ｊで示す
ラインはＥＧＲが実行された場合の吸気管特性を示して
いる。また、図６(b) における実線は本発明のディーゼ
ル機関のアクセル開度に対する吸気絞り弁の開度を示し
ており、一点鎖線は従来のディーゼル機関のアクセル開
度に対する吸気絞り弁の開度を示している。

【００３６】ＥＧＲが実行される場合、吸気管にはＥＧ
Ｒ管を通じて排気ガスが流入するため、吸気絞り弁が閉
じていても吸気管負圧は大きくならない。一方、ＥＧＲ
が実行されない場合は、吸気絞り弁によって吸入空気量
が制限されるため、前述の実施例のように、アクセルペ
ダル２３が踏み込まれても、即ち、既に機関の回転数が
高められても、吸気絞り弁が開かない場合は、吸気絞り
弁の下流側の吸気管内の負圧が大きくなり、回転数が高
められた機関におけるポンピング損失が増加して燃費が
悪化する。また、空気量が少ないので、機関の燃焼室中
のスワールが不足し、燃焼が悪化し易い。

【００３７】そこで、この実施例では、ＥＧＲが実行さ
れない場合は、図１に示したアクチュエータ２６を作動
させ、カム２５の動作に関係なく強制的に吸気絞り弁１
５を所定の開度まで開弁させることで、燃費の悪化、機
関の燃焼の悪化を防止している。なお、ＥＧＲの非実行
時にアクチュエータ２６は吸気絞り弁１５を全開位置ま
で開弁させる必要はなく、初期位置から所定開度、例え
ば、吸気絞り弁１５の全開位置の半分程度の開度で良
い。また、ＥＧＲの非実行条件としては、高地走行時
（このときＥＧＲを実行するとスモークが発生し易
い）、機関の冷間始動後（このときＥＧＲを実行すると
機関の異常磨耗が発生し易い）等である。

【００３８】更に、図４で説明したように、ＥＧＲの実
行時にはアクセルが踏み込まれても、アクセル開度があ
る程度まで大きくなるまでは吸気絞り弁１５を開かなく
する必要性を図６(c) を用いて説明する。図６(c) に示
す曲線ｈは、ＥＧＲ制御弁を全開状態に保持した状態の
吸気絞り弁１５の開度に対するＥＧＲ率を示すものであ
る。機関が軽負荷域で運転され、高いＥＧＲ率が必要な
運転状態においては、ＥＧＲ率は前述の式から分かる
ように、吸気絞り弁１５の開口面積に対しての変化が非
常に大きい。例えば、ＥＧＲ率の要求値が図６(c) のｎ
点で吸気絞り弁１５の開度がＯ点であったとしても、吸
気絞り弁１５の開度がＯ点から振動等でＰ点に少し動く
ことによって、ＥＧＲ率はｎ点からｍ点に外れてしま
う。従って、このようなＥＧＲ率が敏感な領域では、カ
ム２５の外周面（カムプロフィール）が吸気絞り弁１５
の回転軸１５０に設けられたアーム１５１に接触しない
構成とすれば、初期の吸気絞り弁１５の開度の設定を精
度良くすることにより、正確な所定のＥＧＲ率を得るこ
とができるのである。

【００３９】以上のように構成されたディーゼル機関の
排気還流制御装置では、機関が所定負荷になるまでの軽
負荷域では吸気絞り弁は所定開度に固定されるので、吸
気絞り弁の開口面積に対しての変化が非常に大きい機関
の軽負荷域でのＥＧＲ率が変化せず、カムによって吸気
絞り弁の開度が制御される中、高負荷域では、振動等に
よって吸気絞り弁開度が変動しても、最もＥＧＲ率の変
化量が大きい吸気絞り弁の全閉ではない比較的小さな所
定開度時ではないので、ＥＧＲ変動量を小さくすること
ができる。また、ＥＧＲの非実行時には、アクチュエー
タによってアクセル開度と無関係に吸気絞り弁を開弁す
るので、ポンピングロスを防止することができる。

【００４０】図７は以上のように構成されたディーゼル
機関の排気還流制御装置の吸気絞り弁１５の具体的な構
成を説明するものであり、図７(a) は吸気管に取り付け
られた吸気絞り弁ユニット１００の側面図、図７(b) は
図７(a) の底面図である。この具体的な実施例において
は、説明を分かりやすくするために、図１で説明した部
材と同じ構成部材には同じ符号が付されている。

【００４１】この実施例の吸気絞り弁１５には、その回
転軸１５０の一端に２つのアームが回転軸１５０を挟ん
で取り付けられている。一方のアーム１５１は回転軸１
５０を回転駆動するためのものであり、その先端部には
後述するカム２５に係合するローラ１５２が取り付けら
れている。また、他方のアーム１５３は吸気絞り弁１５
の初期位置を設定するための位置決めアームであり、吸
気絞り弁ユニット１００の所定の箇所に設けられたスト
ッパ２７に当接するようになっている。また、回転軸１
５０の他端には、強制的に吸気絞り弁１５を所定の開度
まで開弁させるために、ダイヤフラム式のアクチュエー
タ２６が取り付けられている。このアクチュエータ２６
の負圧室は負圧導入管１３を介してバキュームポンプ９
に接続されており、この負圧導入間１３の途中には制御
回路（ＥＣＵ）１０によって開閉駆動される制御弁２２
が設けられている。そして、制御回路１０によって制御
弁２２が開弁され、バキュームポンプ９からの負圧が負
圧導入管１３を介してアクチュエータ２６の負圧室に導
かれると、アクチュエータ２６が動作して回転軸１５０
が回転し、吸気絞り弁１５が強制的に所定開度まで開弁
させられる。

【００４２】回転軸２５０の一端に回転自在に取り付け
られたカム２５には、図示しないアクセルワイヤに接続
されるレバー２５１が設けられている。また、カム２５
の前述のローラ１５２に係合するカム面（カムプロフィ
ール）２５２は、カム２５が所定角度まで回転するまで
はローラ１５２に当接しないようになっている。更に、
カム２５のプロフィール２５２の外側には、カム２５に
一体的に形成されたガード２８がある。このガード２８
はカムプロフィール２５２を外力から保護する働きをす
る。アーム１５１の先端部に設けられたローラ１５２
は、このカムプロフィール２５２とガード２８に囲まれ
た空間の中に位置している。また、カム２５の回転軸２
５０の他端にはアクセル開度センサ２９が取り付けられ
ている。

【００４３】以上のように構成された実施例では、図示
しないアクセルペダルが踏み込まれるとアクセルワイヤ
に引っ張られてレバー２５１が回転するので、カム２５
は回転軸２５１を中心にして回転する。カム２５は最初
はアーム１５１の先端部にあるローラ１５２に接触して
いないが、図８(a) に示すように、レバー２５１が二点
鎖線で示す初期位置から所定角度回転すると、カム２５
も所定角度回転してそのプロフィール２５２が吸気絞り
弁１５を回転させるためのローラ１５２に接触する。レ
バー２５１がアクセルワイヤに引っ張られてこの位置か
ら更に回転すると、ローラ１５２はカム２５のプロフィ
ール２５２上を移動することになり、吸気絞り弁１５の
アーム１５１がカムプロフィール２５２に押されて回転
し、図８(b) に示すように、吸気絞り弁１５の開度が増
大する。

【００４４】アクセルペダルの踏込み量と、吸気絞り弁
１５の開度特性は、アーム１５１の先端に設けられたロ
ーラ１５２を押すカムプロフィール２５２の形状に左右
される。このカム２５のプロフィール２５２が図９(b)
に実線で示すような形状であった場合、アクセル開度に
対する吸気絞り弁１５の開度は、図９(a) に実線で示す
ようになる。即ち、ディーゼル機関の軽負荷域では、ア
クセルペダルが踏み込まれても図９(a) の特性図におけ
るａ点、ｂ点で示すように吸気絞り弁開度は変わらず、
機関が中負荷運転時に移行した際には、図９(b) の特性
図におけるｃ点で示すような吸気絞り弁開度となり、機
関が高負荷運転時に移行した際には、図９(c) の特性図
におけるｄ点で示すような吸気絞り弁開度となる。

【００４５】一方、このカム２５のプロフィール２５２
が図９(b) に破線で示すような形状であった場合、アク
セル開度に対する吸気絞り弁１５の開度は、図９(a) に
破線ａ−ｂ′−ｃ′−ｄ′で示すようになる。即ち、デ
ィーゼル機関の軽負荷域における吸気絞り弁開度が変わ
らないアクセル開度が狭くなり、中、高負荷域における
吸気絞り弁の開度が大きい。このように、アクセル開度
に対する吸気絞り弁１５の開度特性は、カム２５のプロ
フィールを変更するだけで調整することができる。

【００４６】図１０は、本発明の排気ブレーキ付ディー
ゼル機関の排気還流装置の別の実施例の構成を示す全体
構成図であり、図１に示した実施例と同じ構成部材には
同じ符号が付されている。従って、１は４気筒ディーゼ
ル機関、２は吸気マニホルド、３は排気マニホルド、４
は排気管、５は排気ブレーキ装置、６はマフラ、７はＥ
ＧＲ管、８はＥＧＲ制御弁、９はバキュームポンプ、１
０は制御回路（ＥＣＵ）、１１，１２，２２は制御弁、
１３は負圧導入管、１４は吸気管、１５は吸気絞り弁、
２３はアクセルペダル、２４はアクセルワイヤ、２５は
カム、２６はアクチュエータ、５１は排気制御弁、１５
０は吸気絞り弁１５の回転軸、１５１はアーム、２５０
はカム２５の回転軸である。

【００４７】この実施例の排気ブレーキ付ディーゼル機
関の排気還流装置が図１の装置と異なる点は、ＥＧＲ管
７の途中に大小２つのＥＧＲ制御弁８Ｌ，８Ｓが並列に
設けられている点である。２つのＥＧＲ制御弁８Ｌ，８
Ｓには、負圧導入管１３が途中で分岐されてＥＧＲ制御
弁８Ｌ用の負圧導入管１３Ｌと、ＥＧＲ制御弁８Ｓ用の
負圧導入管１３Ｓとがそれぞれ接続されており、負圧導
入管１３Ｌ，１３Ｓには制御回路１０によってそれぞれ
独立に開閉制御される制御弁１２Ｌ，１２Ｓが設けられ
ている。

【００４８】図５(a) で説明したように、吸気絞り弁１
５の開度に対するＥＧＲ率はＥＧＲ制御弁の径によって
異なり、大きなＥＧＲ率が必要な時にはＥＧＲ制御弁８
の径を大きくする必要がある。ところが、大きなＥＧＲ
率を得ようとして単純にＥＧＲ制御弁８を大きくする
と、このダイヤフラム装置も大きくなりＥＧＲ制御弁８
の重量、外形が大きくなってスペース的に不利になる。
そこで、大きなＥＧＲ率が必要な時には、この実施例の
ように、２つのＥＧＲ制御弁８Ｌ，８Ｓを並列に設け、
等化的にＥＧＲ制御弁の径を大きくしている。

【００４９】そして、前述のようにＥＧＲ制御弁は全開
／全閉制御で使用するので、２つのＥＧＲ制御弁８Ｌ，
８Ｓの大きさを異ならせておけば、同じ吸気絞り弁開度
に対するＥＧＲ率を細かく制御することができる（この
実施例では、ＥＧＲ制御弁８Ｌの径の方がＥＧＲ制御弁
８Ｓの径よりも大きくしてある）。即ち、大小２つのＥ
ＧＲ制御弁８Ｌ，８Ｓの全開／全閉制御を以下に示すよ
うに行えば、同じ吸気絞り弁開度で４段階のＥＧＲ率を
実現できる。

【００５０】 ＥＧＲ率 EGR制御弁8L（弁径大） EGR制御弁8S（弁径小） 段階１（大） 全開 全開 段階２（中） 全開 全閉 段階３（小） 全閉 全開 段階４（０） 全閉 全閉

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸気絞り弁は、所定開度に達しない軽負荷時に所定開度
に開弁維持されるため、軽負荷時に吸気絞り弁を全閉し
てしまう技術に比べ、軽負荷時のＥＧＲ率の変動を小さ
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ブレーキ付ディーゼル機関におけ
る排気還流装置の一実施例の構成を示す全体構成図であ
る。

【図２】(a) は図１の排気ブレーキ付ディーゼル機関機
関のＥＧＲ制御弁および排気弁の構成の詳細を示す断面
図を含む構成説明図、(b) はＥＧＲ制御弁と排気弁の開
弁設定圧力の大小を比較して示す特性図である。

【図３】(a) は排気ブレーキ弁の開弁設定圧力の大小に
応じた排気ブレーキの作動時の背圧の変化特性を説明す
る線図、(b) は図１の吸気絞り弁のアクセル開度に対す
る開度特性の一例を示す線図である。

【図４】(a) から(d) は図３(b) に示す特性図のａ点、
ｂ点、ｃ点、及びｄ点におけるアクセルペダルの踏込量
とカムの動き、および吸気絞り弁の開度を説明する説明
図である。

【図５】(a) はＥＧＲ制御弁の径の大小による吸気絞り
弁開度とＥＧＲ率との関係を示す線図、(b) は機関回転
数の大小によるアクセル開度と燃料流量との関係を示す
線図、(c) はＥＧＲ等高線における機関回転数と燃料流
量との関係を示す線図、(d) はＥＧＲ制御弁の負圧室の
負圧とＥＧＲ制御弁のリフト量との関係を説明する線図
である。

【図６】(a) はＥＧＲの有無に対する機関回転数と吸気
管負圧の関係を本発明と従来装置とを比較して示す線
図、(b) は本発明と従来装置におけるアクセル開度に対
する吸気絞り弁開度の関係を比較して示す線図、(c) は
ＥＧＲ制御弁が全開時の吸気絞り弁開度とＥＧＲ率との
関係を説明する線図である。

【図７】図１の排気絞り弁の具体的な構成を示すもの
で、(a) は吸気絞り弁ユニットの側面図、(b) は(a) の
底面図である。

【図８】図７に示した吸気絞り弁ユニットの動作を示す
もので、(a) はカムと吸気絞り弁のアームに設けられた
ローラが当接した時点の状態を示す図、(b) はカムによ
って吸気絞り弁が開弁させられている状態を示す図であ
る。

【図９】(a) は図７のカムのプロフィールを異ならせた
時のアクセル開度に対する吸気絞り弁開度を説明する線
図、(b) は(a) の吸気絞り弁開度を実現させるためのカ
ムのプロフィールの違いを説明する説明図である。

【図１０】本発明の排気ブレーキ付ディーゼル機関にお
ける排気還流装置の別の実施例の構成を示す全体構成図
である。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ２…吸気マニホルド ３…排気マニホルド ４…排気管 ５…排気ブレーキ装置 ７…排気還流管（ＥＧＲ管） ８…ＥＧＲ制御弁 ９…バキュームポンプ １０…制御回路（ＥＣＵ） １１，１２，２２…制御弁 １３…負圧導入管 １４…吸気管 １５…吸気絞り弁 ３２…スプリング ２３…アクセルペダル ２４…アクセルワイヤ ２５…カム ２６…アクチュエータ ２７…ストッパ ２８…ガード ２９…アクセル開度センサ ５１…排気制御弁 ８１…弁体 ８３…ダイヤフラム ８４…スプリング ８８Ａ…大気圧室 ８８Ｂ…負圧室 １００…吸気絞り弁ユニット １５０，２５０…回転軸 １５１…アーム １５２…ローラ １５３…位置決めアーム ２５１…レバー ２５２…カム面（プロフィール）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路に吸気絞り弁が設けられたディ
   ーゼル機関において、排気通路を流れる排気ガスの一部
   を前記吸気通路に還流する排気還流通路が設けられたデ
   ィーゼル機関の排気還流装置であって、 ディーゼル機関が所定負荷になるまでは、前記吸気絞り
   弁を所定開度に開弁維持し、所定負荷以上の時には、負
   荷の増大に対して徐々に前記吸気絞り弁を開くように動
   作する吸気絞り弁の開度調整手段と、 前記排気還流通路の途中に設けたＥＧＲ制御弁と、 このＥＧＲ制御弁を開閉する開閉手段とを備えることを
   特徴とするディーゼル機関の排気還流装置。
2. 【請求項２】 前記吸気絞り弁の開度調整手段が、アク
   セルペダルの踏込み量に応じて吸気絞り弁の開度を調整
   する第１の開度調整手段と、 前記ＥＧＲ制御弁が全閉される場合には、前記アクセル
   ペダルの踏込み量とは無関係に前記吸気絞り弁を開弁制
   御する第２の開度開度調整手段と、 を備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル
   機関の排気還流装置。